DE2453247C3 - Arrangement for digital frequency measurement - Google Patents
Arrangement for digital frequency measurementInfo
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- DE2453247C3 DE2453247C3 DE2453247A DE2453247A DE2453247C3 DE 2453247 C3 DE2453247 C3 DE 2453247C3 DE 2453247 A DE2453247 A DE 2453247A DE 2453247 A DE2453247 A DE 2453247A DE 2453247 C3 DE2453247 C3 DE 2453247C3
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur digitalen Frequenzmessung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I. Eine solche Anordnung ist im wesentlichen bekannt aus der I)S-PS 24 51 202.The invention relates to an arrangement for digital frequency measurement according to the preamble of the claim I. Such an arrangement is essentially known from I) S-PS 24 51 202.
Digitale Drehzahlmessungen werden gewöhnlich in der Weise durchgeführt, daß die Drehzahl beispielsweise mittels eines mit der Molorwelle gekuppelten Impiilsgebcrs in eine Impulsfolge umgewandelt wird, deren Frequenz so groß ist, daß eine gewisse Atizahl von Impulsen pro Umdrehung erzeugt wird. Die zu messende Drehzahl ist somit der- Frequenz der Impulsfolge proportional. Die Impulsfolge wird dabei einer Zählcmhcii zugeführt, und die Anzahl der innerhalb eines bestimmten Zeitabschnittes gewählten impulse ist ein direktes Maß für die Drehzahl. Digital speed measurements are usually carried out in such a way that the speed is converted into a pulse train, for example by means of a pulse generator coupled to the molar shaft, the frequency of which is so high that a certain number of pulses per revolution is generated. The speed to be measured is therefore proportional to the frequency of the pulse train. The pulse sequence is fed to a counting mechanism, and the number of pulses selected within a certain period of time is a direct measure of the speed.
Eine solche Methode ergibt auf Grund einer quarzgesteuerten Zeitbasis eine hohe Auflösung, Meßgenauigkeit, sowie hohe Zeit- und Temperaturstabilität. Due to a quartz-controlled time base, such a method results in high resolution, measurement accuracy and high time and temperature stability.
Um mittels einer solchen Methode eine Auflösung von z. B. 0,1% zu erhalten, müssen 10 000 Meßimpulse bei voller Drehzahl gezählt werden. Wenn der Impulsgeber bei dieser Drehzahl 10 kHz gibt, so beträgt die Zähleinheit 1 sek.In order to achieve a resolution of z. B. to obtain 0.1%, 10,000 measuring pulses must be can be counted at full speed. If the pulse generator gives 10 kHz at this speed, then is the counting unit 1 sec.
Für Regelzwecke ist diese Meßgeschwindigkeit ungenügend, da eine Änderung der Meßfrequenz im ungünstigsten Falle erst nach zwei Meßperioden, d. h. nach 2 sek erfaßt wird. Für Regelungen ist es oft wünschenswert, mit einer Zählzeit von nur etwa 20 Millisekunden auszukommen. Eine Drehzahlmessung der eingangs beschriebenen Art muß in diesem Falle durch einen analog arbeitenden Tachogenerator ergänzt werden, wodurch die Messung kompliziert und kostspielig wird.This measuring speed is insufficient for control purposes , since in the worst case a change in the measuring frequency is only detected after two measuring periods, ie after 2 seconds. For controls it is often desirable to get by with a counting time of only about 20 milliseconds . In this case, a speed measurement of the type described above must be supplemented by an analog tachometer generator, which makes the measurement complicated and expensive.
Durch die aus der US-PS 29 51202 beschriebene Anordnung wird zwar eine größere Auflösung erzielt, jedoch erfolgt bei einer Änderung der Meßgröße der Übergang des Meßwertes auf den neuen Wert nach einer Exponentialfunktion, deren Zeitkonstante relativ groß ist. Zwar ist bei der bekannten Anordnung eine Maßnahme vorgesehen, durch welche bei einer Änderung der zu messenden Frequenz der Zähleinheit zusätzliche Zählimpulse zugeführt werden, wodurch ein schnellerer Übergang des gemessenen Wertes in den neuen Gleichgewichtszustand erreicht wird. Diese Maßnahme wirkt sich indessen nur dann nennenswert aus, wenn die Änderung der zu messenden Frequenz relativ groß ist. In Regelkreisen ist die Änderung einer als Istwert auftretenden Frequenz jedoch regelmäßig sehr klein. Außerdem wird die beschriebene zusatzliche Maßnahme in ihrem Aufbau sehr kompliziert, und die Berechnung der beim Aufbau einer Regelanordnung einzustellenden Parameter ist außerordentlich schwierig, was den praktischen Wert der bekannten Anordnung herabsetzt. Fun weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß das Ausgangssignal bei der bekannten Anordnung auch bei konstanter zu messender Frequenz ständig Schwankungen ausführt infolge des fortlaufrudc-n Hin- und Hergehens des Zählerstandes. Dies bedeutet, (.laß das Ausgaiigssignal Oberwellen enthält, welche die Weiterverarbeitung des Alisgangssignals erschweren.By described from US-PS 29 51202 A higher resolution is achieved in the arrangement, but when the measured variable changes, the Transition of the measured value to the new value according to an exponential function, the time constant of which is relative is great. Although a measure is provided in the known arrangement by which at a Change of the frequency to be measured of the counting unit additional counting pulses are supplied, whereby a faster transition of the measured value into the new equilibrium state is achieved. These The measure only has a significant effect if the change in the frequency to be measured is relatively large. In control loops, however, the change in a frequency occurring as an actual value is regular tiny. In addition, the described additional Measure very complicated in their construction, and the calculation of the construction of a control system parameters to be set is extremely difficult, which is the practical value of the known arrangement degrades. Another disadvantage of the known arrangement is that the output signal is at the known arrangement carries out constant fluctuations even at a constant frequency to be measured as a result of the continuous going back and forth of the Meter reading. This means (. Leave the output signal Contains harmonics, which complicate the further processing of the output signal.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß die Anpassuni; des gemessenen Wertes an eine Veränderung der zu messenden Frequenz relativ schnell erfolgt, der Aufbau der Anordnung jedoch einfach ist und die für die Einstellung eines Regelkreises erforderlichen Parameter leicht errechenbar sind. I einer soll das Ausgangssignal möglichst frei von Oberwellen sein.The present invention is based on the object of providing an arrangement of the type mentioned at the beginning to develop further in such a way that the Adaptuni; of the measured value to a change in the to measuring frequency takes place relatively quickly, but the structure of the arrangement is simple and for the Setting a control loop parameters required can easily be calculated. I want the output signal be as free from harmonics as possible.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches I vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Feil des Anspruches I genannten Merkmale hat. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in ilen Unteransprüchen genannt.To achieve this object, an arrangement is proposed according to the preamble of claim I, according to the invention has the above-mentioned in the characterizing part of claim I Feil characteristics. Advantageous further developments of the invention are mentioned in all of the subclaims.
An Hand des in den I igmcii il.irgcsldllen Aiisfuli ι ungsbeispieles soll die l'iliiuliing naher erläutert werden Es zeigtUsing the Aiisfuli in the I igmcii il.irgcsldllen ι ungsbeispieles the l'iliiuliing is explained in more detail It shows
I i g. I ein vereinl,ichles Ulm. Km li.illbild zur F.rläiile rung des Prinzips der Erfindung.I i g. I an unified Ulm. Km left to the frieze tion of the principle of the invention.
Fig.2 eine detaillierte Darstellung der Prinzipschaltung nach Fig. 1,2 shows a detailed representation of the basic circuit according to FIG. 1,
Fig. 3 den zeitlichen Zusammenhang zwischen einer Reihe von Signalen in der Schaltung nach F i g. 2, 3 shows the time relationship between a series of signals in the circuit according to FIG. 2,
F i g. 4 in Diagrammform das Ergebnis eines Falls aus der Praxis, bei dem die Anordnung nach der Erfindung angewendet ist.F i g. 4 shows in diagram form the result of a practical case in which the arrangement according to the invention is applied.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 besteht die Anordnung gemäß der Erfindung aus einem Impulsgenerator CLC, der eine Impulsfolge CP bestimmter Frequenz erzeugt, einer Synchronisierungsund Steuereinheit SCL, der eine Impulsfolge FX mit der nicht bekannten Frequenz Λ von einem Meßglied PU und die Impulsfolge von dem Impulsgenerator CLC zugeführt wird, einer Zähleinheit UDC, in die ein erstes Steuersignal Ni von der Synchronisierungs- und Steuereinheit SCL eingespeist wird, einer an die Zähleinheit UDC mit mehreren Verbindungen zur Überführung des Inhalts C in der Zähleinheit UDC angeschlossenen und mittels eines zweiten Steuersignals 7CH von der Synchronisierungs- und Steuereinheit beeinflußbaren Registereinheit RL In the embodiment shown in FIG. 1, the arrangement according to the invention consists of a pulse generator CLC, which generates a pulse train CP of a certain frequency , a synchronization and control unit SCL, which is supplied with a pulse train FX with the unknown frequency Λ from a measuring element PU and the pulse train from the pulse generator CLC , a Counting unit UDC, into which a first control signal Ni is fed from the synchronization and control unit SCL , one connected to the counting unit UDC with several connections for transferring the content C in the counting unit UDC and can be influenced by the synchronization and control unit by means of a second control signal 7CH Register unit RL
Ferner ist eine digitaie frequenzmultiplizierende Einheit DRM vorhanden, in welche die Impulsfolge CP von dem Impulsgenerator CLC und der Inhalt F der Registereinheit RL mittels mehrerer Verbindungen eingespeist werde· Die digitale frequenzmuhiplizierende Einheit D/?A-/gibt dabei eine Impulsfolge / R, welche über die Synchronisierungs- und Steuereinheit SCZ. den Inhalt in der Zähleinheit UDC mittels eines dritten Steuersignals /V, beeinflußt.Further, a digitaie be frequency unit DRM is present, in which the pulse train CP from the pulse generator CLC and the content F become the register unit RL fed by means of several compounds · The digital frequenzmuhiplizierende unit D /? A- / are doing a pulse train / R, which via the synchronization and control unit SCZ. the content in the counting unit UDC by means of a third control signal / V influenced.
An Hand von Fig. I wird zunächst das Fiinkiionsprinzip beschrieben, bevor auf die detailliertere Darstellung in F i g. 2 eingegangen wird.With reference to Fig. I first the principle of Fiinkiion described before referring to the detailed illustration in FIG. 2 is received.
Das Ausgangssignal von der multiplizierenden Einheit DRM, also die Impulsfolge FW, deren Frequenz /« proportional dem Produkt der Frequenz l\ der vom Impulsgenerator (/.('abgegebenen Impulsfolge ( /'und dem Inhalt Fin der Registereinheit Rl. ist. beträgtThe output signal from the multiplying unit DRM, i.e. the pulse train FW, the frequency / «of which is proportional to the product of the frequency l \ of the pulse train (/ 'delivered by the pulse generator (/.('and the content Fin of the register unit Rl.)
wobei ^jeine Proportioruilitäiskonstanic und HS / < Λ/where ^ jeine Proportioruilitäiskonstanic and HS / <Λ /
Mit jedem Impuls in der Impulsfolge FR wird der Inhalt in der Z/ihleinheit i'/X'um N, Einhjiie.ii kleiner. Nach jedem Impulsanstieg in der unbekannten Impulsfolge FX mit der Frequenz l\ erzeugt 'lic Synehronisierungs- und .Steuereinheit zunächst ein .Steuersignal /V.· fiir die Zähleinheit UDC. wobei tieren Inhalt ('· um N: Einheiten zunimmt. Danach erzeugt die SMichronisierungs- und Steuereinheit ein /weites Steuer.ignul HH für die Registereinheil RL, wobei der Inhalt C der /ähleinheii UDi auf die Registercinheil Rl. übergeführt wird. Die Synchronisierungs- und Steuereinheit .S'( I. steuert hierbei die Zeitpunkte für die genannte Subtraktion und Addition, so daß diese nicht zusammen lallen. Die Addition tier /V.· Einheiten und die I Iberführung des Inhalts i! erfolgt dabei /wischen zwei impulsen der Impulsfolge ( /' (siehe in Fig. ) die gegenseitige Lage der li.ipiilsliilgen ( /'. FV /V.·. IR, N, und IC II). With each pulse in the pulse train FR , the content in the target unit i '/ X' is reduced by N, units. After each pulse increase in the unknown pulse train FX with the frequency l \ , the synchronization and control unit initially generates a control signal / V for the counting unit UDC. where the content ('· increases by N : units. Then the S synchronization and control unit generates another control signal HH for the register unit RL, the content C of the register unit UDi being transferred to the register unit Rl. and control unit .S '(I. in this case controls the timings for said subtraction and addition, so that they do not babble together. the addition /V.· animal units and the I Iberführung the contents i! effected / wipe two pulses of the pulse sequence (/ '(see in Fig.) the mutual position of the li.ipiilsliilgen (/'. FV /V.·. IR, N, and IC II).
Aul Fig 4 ist (las Verhältnis /w is*, hen den (iroßen I und Cl bei unterschiedlichen Freqiien/eu /, ersichtlich, wenn Λ/ - 10 000. M -- Ι.ΛΛ lOOnul/i = I MII/ Während einer Periode 7\ der unbekannten Frequenz Aul Fig. 4 is (the ratio / w is *, hen den ( I and Cl at different frequencies / eu /, can be seen if Λ / - 10 000. M - Ι.ΛΛ 100 / i = I MII / during a Period 7 \ of the unknown frequency
wird der Inhalt in der Zähleinheit UDC schrittweise (wenn N\ = 1) um insgesamt /« ■ T, kleiner und nimmt danach zum Zeitpunkt eines Impulses der Frequenz /,i sprunghaft um A/?zu.the content in the counting unit UDC gradually (if N \ = 1) decreases by a total of / «■ T, and then increases suddenly by A /? at the time of a pulse of frequency /, i.
Wird der Inhalt in der Registereinheit RL zu Beginn der η-ten Periode der unbekannten Frequenz Λ mit Fi bezeichnet, so gilt:If the content in the register unit RL is denoted by Fi at the beginning of the η-th period of the unknown frequency Λ, then the following applies:
Fi-i = Fk - /„■ 7\ + N1 -- Fk - '" + M. Fi-i = F k - / "■ 7 \ + N 1 - F k - '" + M.
(2)(2)
Durch Zusammenfassung der Gleichungen (I) und (2) erhält man:By combining equations (I) and (2) one obtains:
ist /, konstant undis /, constant and
Vv Λ/Vv Λ /
1 .1 .
d. h.d. H.
so konvergiert Fk in der Gleichung (3) gegen f geniäliso F k converges to f geniäli in equation (3)
F = lim h\ - ' 2 ■ l\ . (51 F = lim h \ - ' 2 ■ l \. (51
ι. ■ ι hι. ■ ι h
d. h. der Inhalt F in der Registereinheit Rl. ist proportional der unbekannten Frequenz /\. Wenn außerdemie the content F in the register unit Rl. is proportional to the unknown frequency / \. If besides
... il. h.. wenn... il. h .. if
ΛΛ/ΛΛ /
., si» ist die Konvergenz monoton.., si »the convergence is monotonic.
Aus der Gleichung (2) erhält man Im eine Änderung I/ \ von Fwährend der k-\c\\ Periode der Frequenz A,From equation (2) one obtains Im a change I / \ of F during the k- \ c \\ period of the frequency A,
Diese Änderung \l\ erfolgt während der Zeil /,. I in F, · O.d. h. /\ - ·" erhält manThis change \ l \ takes place during the line / ,. I in F, · Od h. / \ - · "is obtained
IA1 . d/t IA 1 . d / t
i\i \ d/ ■d / ■
und das (K naiiiisi he Vcihallen tier Anordnung !.ηίιι.ιΙ'and the (K naiiiisi he Vcihallen tier arrangement! .ηίιι.ιΙ '
der Erfindung kann durch die Differentialgleichungof the invention can be expressed by the differential equation
beschrieben werden, die eine Lösungare described which have a solution
(9,(9,
hai. Für / ■■♦ / erhält manshark. For / ■■ ♦ / one obtains
JcJc
(10)(10)
Der Quotient -J^gemäß Gleichung (9) entspricht demThe quotient -J ^ according to equation (9) corresponds to this
reziproken Wert der Zeitkonstante der Exponentialfunktion reciprocal value of the time constant of the exponential function
hi = r ■ (ll) hi = r ■ (ll)
JcJc
Hierbei kann festgestellt werden, daß F, d. h. der Inhalt in der Registereinheit RL, für hohe Frequenzen exponentiell zuIt can be stated here that F, ie the content in the register unit RL, increases exponentially for high frequencies
Af · A2 Af · A 2
konvergiert mit der Zeitkonstantcconverges with the time constantc
™ - Te'
Aus den Gleichungen (11) und (6) erhält man ™ - Te '
From equations (11) and (6) one obtains
Hi = -λ- = TXmix, (12) Hi = -λ- = T Xmix , (12)
J A min Y A min
Konvergenz Λλ mm = 50 Hz. wobei die
Meßfrequenz 9999 Hz und der MeßbereichConvergence Λλ mm = 50 Hz. Where the
Measuring frequency 9999 Hz and the measuring range
maximalemaximum
d. h. die Zeitkonstante r« ist gleich der Periodendauer T, ma« für die niedrigste Meßfrequenz, die eine monotone Konvergenz ergibt. Der Konvergenzverlauf bei niedrigen Frequenzen weicht von dem exponentiellen um so mehr ab, je mehr f\ sich f\„„„ nähert. Den richtigen Meßwert erhält man jedoch genau so schnell wie bei hohen Frequenzen, d. h. in einer Zeit, die 3—5mal TMentspricht.ie the time constant r «is equal to the period T, ma« for the lowest measuring frequency which results in a monotonic convergence. The convergence curve at low frequencies differs from the exponential so as from the more, the more f \ to f \ """approaches. However, the correct measured value is obtained just as quickly as with high frequencies, ie in a time corresponding to 3–5 times TM.
Für einen in Fig.4 gezeigten praktischen Fall erhält man eine Auflösung von F mit 0,l%o, tm = lOmsek, niedrigste Meßfrequenz für stabile Konvergenz fxmin= 100 Hz, niedrigste Meßfrequenz für stabileFor a practical case shown in FIG. 4, one obtains a resolution of F with 0.1% o, tm = 10 msec, lowest measuring frequency for stable convergence fxmin = 100 Hz, lowest measuring frequency for stable
= 100= 100
F i g. 2 zeigt eine detaillierte Ausführungsform der prinzipiellen Anordnung gemäß Fig. 1.F i g. 2 shows a detailed embodiment of the basic arrangement according to FIG. 1.
Der Impulsgenerator CLC besteht aus einem quarzgesteuerten Oszillator OSC sowie einer Anzahl Negationsglieder IN\, IN2 und INi mit Zusatzelemenlen R], /?2 und C. Das Negationsglied INi und das in der Synchronisierungs- und Steuereinheit SCL enthaltene verstärkende Negationsglied INi1 verstärken das Ausgangssignal vom Oszillator und_formen es in eine Rechteckimpulsfolge CP bzw. CP um. Siehe hierbei F i g. 3, welche die Zeitrelationen zwischen den nachstehend angegebenen Impulsfolgen beschreibt. Die digitale frequenzmultiplizierende Einheil DRM besteht aus vier kaskadengeschalteten MultiplikationselementenThe pulse generator CLC consists of a crystal-controlled oscillator OSC and a number of negation elements IN \, IN 2 and INi with additional elements R], /? 2 and C. The negation element INi and the amplifying negation element INi 1 contained in the synchronization and control unit SCL amplify this Output signal from the oscillator und_form it into a square pulse train CP or CP . See FIG. 3, which describes the time relationships between the pulse trains given below. The digital frequency-multiplying Einheil DRM consists of four cascaded multiplication elements
DRMO, DRMi, DRM2 und DRM3 sowie einem NAND-Glied/*,. DRMO, DRMi, DRM2 and DRM3 as well as a NAND element / * ,.
Die Kaskadenschaltung wird durch die Verbindung zwischen den Eingängen EIN und AUS der betreffenden Multiplikationselemente hergestellt.The cascade connection is established through the connection between the inputs IN and OUT of the relevant multiplication elements.
Jedem Multiplikationselement wird die Impulsfolge CPzugeführt, und die Elemente sind über ihre Eingänge .4, B, Cund Dan die betreffenden Eingänge QA, Qb, Qc und Qo der vier Elemente RLO, RL 1, RL2 und RL3 umfassenden Registereinheit RL angeschlossen. Jedes Multiplikationselement DRMO, DRMX, DRM2 und DRM3 erzeugt hierbei eine Impulsfolge Fnro, Fun, FuT2 bzw. Ftin, deren Mittelfrequenz wie folgt ist:The pulse train CP is fed to each multiplication element and the elements are connected via their inputs .4, B, C and Dan to the relevant inputs Q A , Qb, Qc and Qo of the register unit RL comprising four elements RLO, RL 1, RL 2 and RL 3. Each multiplication element DRMO, DRMX, DRM2 and DRM3 generates a pulse sequence Fnro, Fun, FuT2 or Ftin, the center frequency of which is as follows:
/l7 3 = F3-0,\fc / l7 3 = F 3 -0, \ f c
J112 = F2-O1O!/,.
flrl = F1 ■ 0,001 fc J 112 = F 2 -O 1 O! / ,.
f lrl = F 1 ■ 0.001 f c
undand
/,·,„ = F0 0,0001/,/, ·, "= F 0 0.0001 /,
wobei F0, F,, Fi und F3 der Inhalt (vorzugsweise im BCD-Code) des betreffenden Registerelementes RL 0, RL 1, RL 2 und RL 3 ist und wobei fc die Frequenz der Impulsfolge CPist. _ _ _ _where F 0 , F ,, Fi and F3 is the content (preferably in BCD code) of the relevant register element RL 0, RL 1, RL 2 and RL 3 and where fc is the frequency of the pulse train CP. _ _ _ _
Negierte Ausgangssignale Furo, Futu Fut2 und Furz werden mittels des NAND-Gliedes A\ zu einer Impulsfolge FRaddiert, deren Mittelfrequenz />Negated output signals Furo, Futu Fut2 and Fart are added to a pulse sequence FR by means of the NAND element A \ , the mean frequency of which is />
Jr = fun + fvTi + fun + /ντο = /c(0,l F3 + 0,01 F2 + 0,001 F1 + 0,0001 F0) Jr = fun + fvTi + fun + / ντο = / c (0, l F 3 + 0.01 F 2 + 0.001 F 1 + 0.0001 F 0 )
Die Zähleinheit UDC besteht aus vier reversiblen Zählelementen UDCO, UDCi, UDC2 und UDC3. Jedes Zählelement hat separate Eingänge für Vorwärts- und Rückwärtszählung, hier VORWÄRTS und RÜCKWÄRTS genannt Eine Änderung des Zustandes VORWÄRTS oder RÜCKWÄRTS eines Zählelementes erfolgt mit der positiven Flanke des betreffenden Eingangssignals für VORWÄRTS oder RÜCKWÄRTS, während das Eingangssignal auf dem anderen VORWÄRTS oder RÜCKWÄRTS die logische Wertigkeit »L« hat, d. h. Spannung vorhanden, im Gegensatz zur Wertigkeit »0« = Spannung nicht vorhanden.The counting unit UDC consists of four reversible counting elements UDCO, UDCi, UDC2 and UDC3. Each counting element has separate inputs for up and down counting, here called FORWARD and BACKWARD. A change in the FORWARD or BACKWARD state of a counting element occurs with the positive edge of the relevant input signal for UP or DOWN, while the input signal on the other FORWARD or BACKWARD has the logical value "L" has, ie voltage present, in contrast to the valency "0" = voltage not present.
Bei der Vorwärts-Rückwärts-Zählung passiert eir Zählimpuls zum CRR-(BR ^Ausgang, wenn dei Zustand des Zählelements von 9 in 0 (0 in 9) geänden wird. Dies bedeutet, daß die Zählelemente kaskadenge schaltet werden können, indem ein CRR-(BRW-)Aus gang an einen VORWARTS-(RUCKWARTS)Ein gang am nächsten Zählelement geschaltet wird. DeiWhen counting up and down, a counting pulse goes to the CRR- (BR ^ output when the state of the counting element changes from 9 to 0 (0 to 9). This means that the counting elements can be cascaded by a CRR- (BRW-) from gear to a VORWARTS- (backward) Ei n transition closest counting element is connected. Dei
fts jeweilige Zustand eines jeweiligen Zählelementes ist ar seinen QA-, Qb-, Qc- und Qo-Ausgängen zugänglich die an die A-, B-, C- bzw. D-Eingänge des zugehöriger Registerelements in der Registereinheit RL angeschlos-fts the respective state of a respective counting element is accessible to its Q A , Qb, Qc and Qo outputs which are connected to the A, B, C or D inputs of the associated register element in the register unit RL .
sen sind.sen are.
Entsprechend der Schaltung in F i g. 2 sind sämtliche Zählelemente UDCO- UDC3 für die Rückwärtszählung von - 1 Impulsen an dem RÜCKWÄRTS-Eingang des Zälilelemenies UDCO kaskadengeschaltet. Am VORWÄRTS-Eingang bei UDCO liegt hierbei ein logisches L Nur die Zählelemente UDC2 und UDC3 sind zur Vorwärtszählung eines Impulses am VORWÄRTS-Eingang des Zählelementes UDC2 kaskadengeschaltet, was bedeutet, daß jede Rückwärtszählung mit -1 Einheit beim Zählelement UDCO den Inhalt des ganzen Zählelementes UDC um 1 verringert, während jedes Signal N2 den Inhalt der ganzen Zähleinheit um 100 Einheiten erhöht.Corresponding to the circuit in FIG. 2, all counting elements UDCO-UDC3 for the downward counting of -1 pulses at the BACKWARD input of the counting element UDCO are cascaded. At the FORWARD input at UDCO there is a logical L Only the counting elements UDC2 and UDC3 are cascaded to count up a pulse at the FORWARD input of the counting element UDC2 , which means that every down counting with -1 unit at the counting element UDCO contains the content of the entire counting element UDC decreased by 1, while each signal N 2 increases the content of the entire counter by 100 units.
Die Synchronisierungs- und Steuereinheit SCL besteht aus vier Kippstufen FFl, FF2, FF3 und FF4, einer Anzahl Negaiionsgiieder //v», /Afc, /A4, /Li, IL2, IL3, IIm, ILs und ILf, sowie den NAND-Gliedern A2, A3, A*, As und Ab. The synchronization and control unit SCL consists of four flip-flops FFl, FF2, FF3 and FF4, a number of negation elements // v », / Afc, / A4, / Li, IL 2 , IL3, IIm, ILs and ILf, as well as the NAND Outline A 2 , A3, A *, As and Ab.
Mit jeder abfallenden Flanke der Impulsfolge CP (d. h. mit jeder ansteigenden Flanke der Impulsfolge CP) kippt der Ausgang Q der Kippstufe FF3, und sein Ausgangssignal DCP nimmt die Wertigkeit L an. Das Signal DCP wird in den Negationsgliedern /Li, IL2 und INs zum Signal 51 verzögert, das über den CLÄ-Eingang der Kippstufe FFR die Kippstufe FFR 3 und damit auch das Signal DCPauf Null kippt.With each falling edge of the pulse train CP (ie with each rising edge of the pulse train CP) the output Q of the flip-flop FF3 flips and its output signal DCP assumes the valency L. The signal DCP is delayed in the negation elements / Li, IL 2 and INs to signal 51, which toggles the flip-flop FFR 3 and thus also the signal DCP to zero via the CLÄ input of the flip-flop FFR.
Das Signal DCP wird also zu einem positiven Impuls bestimmter Breite.The signal DCP thus becomes a positive pulse of a certain width.
Durch das NAND-Glied A2 wird ein negiertes logisches Produkt aus dem Signal DCP, dem Ausgangssignal FR von der Multiplikationseinheit DRM und dem Signal DC£gebildet (betreffend DCE, siehe unten). A negated logical product of the signal DCP, the output signal FR from the multiplication unit DRM and the signal DC £ is formed by the NAND element A 2 (with regard to DCE, see below).
Wenn das Signal DCE die Wertigkeit L hat und während der andauernden Impulsgeneratorperiode Tc ein Impuls der Impulsfolge FR auftritt, so erhält man am Ausgang des NAND-Gliedes A2 ein Signal, das einen negativen Impuls mit derselben Breite abgibt wie der vom Signal DCP gebildete Impuls, und das den Inhalt der Zähleinheit UDCum eine Einheit verkleinert Wenn kein Impuls der Impulsfolge FR auftritt, so behält das Ausgangssignal vom NAND-Glied A2 wie Wertigkeit L, und es werden keine Subtraktionen durchgeführtIf the signal DCE has the valency L and a pulse of the pulse train FR occurs during the continuous pulse generator period T c , a signal is obtained at the output of the NAND element A 2 which emits a negative pulse with the same width as that formed by the signal DCP Pulse, and that reduces the content of the counting unit UDC by one unit. If no pulse of the pulse train FR occurs, the output signal from the NAND gate A retains 2 as valence L, and no subtractions are carried out
Die vorgenannte Subtraktion wird so lange wiederholt, wie der Inhalt der Zähleinheit UDC positiv ist Wenn der Inhalt der Zähleinheit t/DCnegativ wird, d. h. 9999, so erhält man einen negativen Impuls am BWR-Ausgang des Zählelementes UDC3, und die wie eine Kippstufe verbundenen und arbeitenden NAND-Glieder Ai und At, verändern den Zustand des Ausgangssignals DCE, und ein weiteres Rückwärtszählen der Zähleinheit i/DCwird gestopptThe aforementioned subtraction is repeated as long as the content of the counting unit UDC is positive, if the content of the counter unit t / is DCnegativ, ie 9999, one obtains a negative pulse at the BWR output of the counting element UDC3, and as a flip-flop connected and working NAND gates Ai and At, change the state of the output signal DCE, and a further downward counting of the counting unit i / DC is stopped
Es wird vorausgesetzt, daß das Signal FX, dessen Frequenz fx gemessen werden soll, zu einer Impulsfolge mit logischen Niveaus gemäß 7TL umgeformt istIt is assumed that the signal FX, the frequency f x of which is to be measured, is transformed into a pulse sequence with logic levels according to 7TL
Wenn das Signal FX den Wert 0 hat, sind die Kippstufen FFl, FF2 und FF3 nullgestellt, dh, das Signal N2 vom Q-Ausgang der Kippstufe FF2 ist L, und das Signal TCH vom O-Ausgang der Kippstufe FF4 ist 0. Wenn das Signal FJf den Wert L annimmt, so wird die Kippstufe FFl bei der folgenden positiven Flanke des Signals 51 auf L gestellt d.h. eine gewisse Zeit nachdem das Signal A/i am vom NAND-Glied A2 L geworden ist und eine Einheit von der Zähleinheit UDC subtrahiert wurde.When the signal FX has the value 0, the flip-flops FFl, FF2 and FF3 are set to zero, that is, the signal N 2 from the Q output of the flip-flop FF2 is L, and the signal TCH from the O output of the flip-flop FF4 is 0. If the signal FJf assumes the value L, the flip-flop FFl is set to L on the following positive edge of the signal 51, ie a certain time after the signal A / i am from the NAND gate A 2 L and a unit from the counting unit UDC has been subtracted.
Ein L-Signal 52 am O-Ausgang der Kippstufe FFl kippt die Kippstufe FF2 auf L , deren Signal am O-Ausgang, d. h. N2, zu 0 wird. Nach einer gewissen ZeitAn L signal 52 at the O output of the flip-flop FF1 flips the flip-flop FF2 to L, whose signal at the O output, ie N 2 , becomes 0. After a certain time wird die Kippstufe FF2 dadurch auf 0 gekippt, daß das Signal 54, welches das Ausgangssignal für den (^-Ausgang der Kippstufe FF2 ist, das durch die Negationsglieder JLz, ILa und INt negiert und verzögert wurde, zu 0 wird.the flip-flop FF2 is toggled to 0 in that the signal 54, which is the output signal for the (^ output of the flip-flop FF2, which was negated and delayed by the negation elements JLz, ILa and INt , becomes 0.
Das Signal AZ2 wird am VORWÄRTS-Eingang des Zählelementes UDC2 eingespeist, wobei der gesamte Inhalt in den Zählelementen UDC2 und UDC3 um eine Einheit zunimmt und demzufolge der Inhalt in derThe signal AZ 2 is fed to the FORWARD input of the counting element UDC2 , the total content in the counting elements UDC2 and UDC3 increasing by one unit and consequently the content in the ganzen Zähleinheit UDC um 100. Das Signal N2 whole counting unit UDC by 100. The signal N 2 beeinflußt außerdem die Kippstufe ArA,, so daß dasalso influences the flip-flop ArA ,, so that the
istis
/L6 und in den wie Negationsglieder geschalteten NAND-Gliedern As und Af1 zum Signal 55 verzögert, dessen anwachsende Fianke die Kippstufe FF4 kippt, wenn deren D-Eingang den Wert L hat Die Zeitverzögerung des Signals 54 ist länger als die Zeit,/ L 6 and in the NAND elements As and Af 1 , which are connected like negation elements, are delayed to form signal 55, the growing edge of which flips flip-flop FF4 when its D input has the value L. The time delay of signal 54 is longer than the time
die erforderlich ist für die Änderung des Zustandes der Zählelemente UDC2 und UDC3 nach deren Addition von 100 Einheiten.which is necessary for changing the status of the counting elements UDC2 and UDC3 after adding 100 units.
Wenn die Kippstufe FF4 auf L gestellt ist und das Signal TCH den Wert L annimmt wird der Inhalt inIf the flip-flop FF4 is set to L and the signal TCH assumes the value L, the content in UDCO, UDCi, UDC2 und UDC3 auf die betreffenden Regibterelemente ÄLO, ALI, AL2 und AL3 übergeführt, wobei die Registereinheit RL einen neuen Meßwert erhält Die Kippstufe FF4 und das Signal TCH gehen dadurch bei ansteigender Flanke des UDCO, UDC i, Udc2 and transferred to the respective Regibterelemente AELO, ALI, AL2 and AL3 UDC3, wherein the RL register unit receives a new measured value of the flip-flop FF4 and the signal TCH go by the rising edge of the nächsten Impulses in der Impulsfolge CPauf den Wert 0. Vom letztgenannten Impuls ab erzeugt die multiplizierende Einheit DRM eine Impulsfolge mit einer Mittelfrequenz, die dem neuen Inhalt F in der Registereinheit RL entsprichtThe next pulse in the pulse train CP to the value 0. From the last-mentioned pulse, the multiplying unit DRM generates a pulse train with a mean frequency which corresponds to the new content F in the register unit RL
Wenn das Signal FX den Wert 0 annimmc, wird die Kippstufe FFl auf 0 gekippt und damit ist das oben beschriebene Verfahren bereit für eine Wiederholung, wenn das Signal FX das nächste Mai zu Beginn einer neuen Periode der Meßfrequenz /xden Wert L annimmtIf the signal FX assumes the value 0, the flip-flop FF1 is toggled to 0 and the method described above is ready for a repetition when the signal FX assumes the value L at the beginning of a new period of the measuring frequency / x next May Die Zahleinheit UDC und die Multiplikationseinheit DRM können auch so angeordnet werden, daß sie mit einem anderen Code als dem hier gezeigten BCD arbeiten. Dazu werden die betreffenden Elemente beispielsweise gegen Elemente ausgetauscht, die mitThe number unit UDC and the multiplication unit DRM can also be arranged so that they operate with a different code than the BCD shown here. For this purpose, the elements in question are exchanged, for example, for elements with einem binären Code arbeiten, bei dem das Verhältnis NtZN2 eine Potenz von 16 wird.work a binary code in which the ratio NtZN 2 becomes a power of 16.
Mittels einer Anordnung gemäß der Erfindung kann eine Drehzahl in digitaler Form mit ausreichender Schnelligkeit gemessen werden, wodurch man auch dieBy means of an arrangement according to the invention, a speed in digital form with sufficient Speed can be measured, which also means the Möglichkeit erhält innerhalb einer gewünschten Regelzeit einen Führungs- bzw. Sollwert zu bilden und ehe Regelabweichung von hoher Präzision und Auflösung zu erhalten, wodurch eine schnelle und einfache Drehzahlregelung möglich istPossibility to form a command or setpoint within a desired control time and before Get control deviation of high precision and resolution, making it quick and easy Speed control is possible
Die Anordnung gemäß der Erfindung kann mit Vorteil auch als Geschwindigkeitsgeber anstelle von Gleichstromtachogeneratoren in Positionierungsservosystemen mit digitaler inkrementaler bzw. absoluter Meßwerterfassung oder mit Stufenmotoren verwendetThe arrangement according to the invention can also be used as a speed sensor instead of DC tacho generators in positioning servo systems with digital incremental or absolute Measured value acquisition or used with step motors werden.will.
Mittels der Anordnung gemäß der Erfindung erhält man außerdem die Möglichkeit einer genauen und schnellen Messung sehr niedriger Frequenzen. Für beispielsweise einen Meßbereich von 0,01 — 1 Hz undBy means of the arrangement according to the invention one also obtains the possibility of an accurate and fast measurement of very low frequencies. For example, for a measuring range of 0.01 - 1 Hz and eine Auflösung von l%o bekommt man mittels der Anordnung gemäß der Erfindung eine Meßzeit von nur 100 sek, während die konventionelle Impulsmessung eine Zeit von 2Ji Stunden erfordern würde.A resolution of 1% is obtained by means of the arrangement according to the invention, a measurement time of only 100 seconds, while the conventional pulse measurement would require a time of 2½ hours.
809 610/257809 610/257
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